雛鷹展翼欲騰飛

高妍+李吉亮

16歲上大學，以優異成績提前半年拿到碩士學位；23歲赴澳大利亞攻讀博士，取得首創性成果；27歲在美國紐約大學理工學院完成博士后研究，繼而公開競聘成為該院僅有的三個訪問助理教授之一；29歲離職回國，成為東北大學“百人計劃”特聘教授；30歲，2013年，他的名字出現在第十一批“青年千人計劃”公示名單中……

這個充滿“學霸”色彩的人，就是劉騰飛。

電話采訪中，他笑言自己做學生的時候“學霸”這個詞還不流行，現在成了老師做不成“學霸”了，但他仍然樂于分享自己成長與科研道路上的所得所思。

專注方向，勇于創新

劉騰飛說自己能夠快速成長，首先得益于研究方向的一以貫之。

劉騰飛碩士畢業于華南理工大學控制理論與控制工程專業，因為成績優異，不僅提前半年畢業，還得到了碩士導師的大力推薦。“他當時剛從香港做完博士后回來，就把我推薦給了自己的博士后導師，也就是國際著名控制專家、澳大利亞科學院院士IEEE Fellow David Hill教授，我跟他攻讀博士學位。”

博士后階段的導師則是在博士階段就已有默契合作的國際著名非線性控制專家、IEEE Fellow姜鐘平教授，加盟東北大學也是由他引薦。“博士后研究是博士階段研究的延續，方向沒有改變，只是后來在研究內容上有所發展。”

也就是說，從碩士到博士再到博士后，劉騰飛一直專注于系統與控制研究方向，具體涉及非線性系統穩定性理論、魯棒自適應控制、網絡化控制、分布式控制及其在移動機器人、流程工業中的應用等。統一的研究方向、多位名師的悉心指點，再加上個人的積極努力，成就了劉騰飛的加速成長。

在短短幾年時間，他就作為主要研究者在控制領域的幾個重要方向上取得了國際領先的研究成果。其中最主要的是，他首次提出了用于非線性動態網絡穩定性判定和控制器設計的回路小增益理論，并基于回路小增益理論首次解決了非線性系統測量反饋控制、量化控制以及分布式控制等方向中的多個重要問題。

據了解，穩定性是復雜系統和控制論中的關鍵核心問題之一，是一般工程系統所必須滿足的基本要求。而現代工程系統愈加復雜，其內部往往由許多子系統以網絡化的形式通過特定拓撲結構相互關聯、配合運行，這就意味著基于輸入狀態穩定性（input-to-state stability，ISS）的小增益理論無法滿足應用需求。在網絡化背景下，迫切需要建立能夠有效處理多子系統多回路情形的新型分析和設計工具。

就是在這樣的背景下，劉騰飛與合作者提出了用于多回路非線性動態網絡穩定性判定和控制器設計問題的回路小增益理論（cyclic-small-gain theory）。該成果的創新之處在于，能夠利用子系統的ISS性質，通過判斷網絡中各回路的增益特性來刻畫整個系統的穩定性，從而極大簡化了復雜非線性動態網絡的穩定性判定。不僅如此，這套理論能夠與經典的李雅普諾夫理論充分結合，為解決該理論一百年來最核心的李雅普諾夫函數構造問題提供了全新途徑，從而成為復雜非線性系統控制器設計的有力工具，其實用意義已經通過解決多類非線性控制問題得到驗證。另外，該理論的新穎之處還體現在其通用性，其對連續時間系統、離散時間系統以及兩者的混雜系統均有效，表現出廣泛的應用價值。

與此同時，劉騰飛在這一理論的應用方面，也進行了大膽的探索。

在深入研究了非線性控制領域典型的嚴格反饋系統、輸出反饋系統以及更一般的包含動態不確定性的系統和關聯大系統之后，針對這些重要的、有實際背景的系統，劉騰飛從非線性動態網絡的角度入手，提出了基于回路小增益定理的控制器設計理論。通過多項關鍵創新，較好地解決了高階非線性系統的測量反饋控制和量化控制問題。

需要特別指出的是，在不假設鎮定控制器顯式存在的前提下，劉騰飛首次將用于線性系統量化反饋控制的扇區約束方法推廣到了高階非線性系統，從而能夠使用工業中常用的對數量化器對典型非線性系統實現量化控制。針對量化器有限字長所導致的問題，劉騰飛首次提出了基于回路小增益定理的動態量化控制設計。這種設計通過在控制過程中在線調節有線字長量化器的量化間隔實現了對高階非線性系統的全局控制。

同時，量化控制方法亦應用于工業鎂砂熔煉過程中電熔鎂爐的三相電流控制，提出了實用邏輯控制策略，用于解決系統中固有的強非線性和大不確定性所造成的困難，從而提升產品質量，降低系統能耗。

此外，他還首次提出了基于回路小增益理論的分布式非線性控制器設計方法，并證明該方法能夠較有效地處理信息交換拓撲約束和不確定非線性動力學之間的矛盾，且在多機器人系統的分布式編隊控制中實現了成功應用。

相關研究成果均已在控制領域的重要國際期刊發表，其中在國際頂尖期刊《IEEE自動控制匯刊》、《Automatica》發表論文8篇；作為第一作者同合作者姜鐘平教授、David J.Hill教授在國際知名出版社Taylor&Francis出版專著一部，得到了國際權威控制專家和同行的廣泛認可。

而最值得稱道的是，這些理論成果在多機器人系統的分布式編隊控制、交通系統的智能調度以及鎂砂熔煉過程控制等工程問題中的成功應用，不僅預示著更多與工業控制密切相關的控制難題的解決，更為將來更深入的理論研究和進一步解決國家重大需求奠定了堅實的基礎。

基于此，劉騰飛在2011年中國控制會議上以第一作者身份，獲得我國控制理論界最高水平的青年學術獎項“關肇直獎”。

腳踩大地，期許未來

劉騰飛是在2014年初回國的，在他的計劃里，回國是必須的，只是早晚問題。而加盟東北大學，則是出于綜合因素的考慮，科研環境、學科積累、團隊情況以及個人發展等等。東北大學流程工業綜合自動化國家重點實驗室，是國內控制學科領域數一數二的研究團隊，劉騰飛希望在這里實現新的突破。

盡管研究內容更偏重理論，但劉騰飛一直非常注重與現代復雜工業發展的實際需求相結合，他是兩只腳踩在大地上開展研究的。面對未來，扎實仍然是他的基本原則—以實際工程問題為背景，做深做透。

他表示，要“依托東北大學控制科學與工程國家重點學科和流程工業綜合自動化國家重點實驗室，發揮東北大學的專業、行業和地域優勢，結合國家重大需求，在前期工作的基礎上針對復雜工業自動化系統中存在的控制問題深入開展特色研究。”

比如，針對現有的分布式控制結果大多考慮比較簡單的智能體動力學，而難于處理復雜現代工業自動化系統中普遍存在的強非線性、強耦合、大不確定性等問題，開展多種分布式非線性控制器設計的系統化方法研究。

比如，緊緊把握云計算、大數據、移動互聯網等通信新技術滲透工業自動化系統的背景下，事件驅動的控制成為重要發展趨勢的契機，借助回路小增益思想，繼續開展深入研究，為解決事件驅動的控制在工程應用中所面臨的諸多困難提供支持，等等。

現在，劉騰飛已經初步組建起一支由副教授、講師、博士后組成的創新研究團隊，各項工作也已在循序漸進開展。

制造業是我國的優勢產業，流程工業是我國的特色產業。李克強總理提出的“中國制造2025”，為高端制造業的發展和起飛創造了新的機遇。

而劉騰飛的目標，就是通過研發新一代流程工業自動化系統的核心理論與技術，推動實現由“中國制造”到“中國創造”的跨越。我們期待，雛鷹展翅，勇擊長空，廣闊天地縱情翱翔。